Afbrydelser af små krops-asteroider på det seneste kan beskytte Jorden

Hvis en asteroide er fast besluttet på at være på en jordpåvirkende bane, videnskabsmænd ønsker typisk at iscenesætte en afbøjning, hvor asteroiden forsigtigt skubbes af en relativt lille ændring i hastigheden, samtidig med at størstedelen af ​​asteroiden holdes sammen.

En kinetisk impactor eller en standoff nuklear eksplosion kan opnå en afbøjning. Imidlertid, hvis advarselstiden er for kort til at gennemføre en vellykket afbøjning, en anden mulighed er at koble en masse energi til asteroiden og dele den op i mange godt spredte fragmenter. Denne tilgang kaldes disruption, og det er ofte, hvad folk tænker på, når de forestiller sig planetarisk forsvar. Mens videnskabsmænd foretrækker at have mere advarselstid, de skal være forberedte på ethvert muligt scenarie, da mange jordnære asteroider forbliver uopdagede.

Nu, ny forskning ser nærmere på, hvordan forskellige asteroidebaner og forskellige fragmenthastighedsfordelinger påvirker fragmenternes skæbne, ved at bruge startbetingelser fra en hydrodynamisk beregning, hvor en 1-megaton-udbytteanordning blev indsat et par meter fra overfladen af ​​en Bennu-formet, 100 meter diameter asteroide (1/5 skalaen fra Bennu, en jordnær asteroide opdaget i 1999).

Værket er omtalt i et papir udgivet i Acta Astronautica med hovedforfatteren Patrick King, en tidligere Lawrence Livermore National Laboratory Graduate Scholar Program-stipendiat, der arbejdede med LLNL's Planetary Defense-gruppe på denne forskning som en del af sin ph.d. afhandling. King arbejder i øjeblikket på Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory (JHUAPL) som fysiker i Space Exploration Sector. Medforfattere til papiret inkluderer Megan Bruck Syal, David Dearborn, Robert Managan, Michael Owen og Cody Raskin.

Resultaterne fremhævet i papiret er betryggende:For alle fem betragtede asteroidebaner, at udføre afbrydelsen blot to måneder før Jordens nedslagsdato var i stand til at reducere andelen af ​​påvirkningsmasse med faktor 1, 000 eller mere (99,9 procent af massen savner Jorden). For en større asteroide, spredningen ville være mindre robust, men selv spredningshastigheder reduceret med en størrelsesorden ville resultere i, at 99 procent af massen mangler Jorden, hvis afbrydelse er iscenesat mindst seks måneder før virkningsdatoen.

"En af udfordringerne ved at vurdere disruption er, at du skal modellere alle fragmentbanerne, hvilket generelt er langt mere kompliceret end at modellere en simpel afbøjning, " sagde King. "Ikke desto mindre, vi er nødt til at forsøge at tackle disse udfordringer, hvis vi vil vurdere disruption som en mulig strategi."

King sagde, at den vigtigste konstatering af arbejdet var, at nuklear disruption er et meget effektivt forsvar af sidste udvej. "Vi fokuserede på at studere 'sene' forstyrrelser, hvilket betyder, at det stødende legeme brydes fra hinanden kort før det støder, " sagde han. "Når du har masser af tid - typisk årtier lange tidsskalaer - foretrækkes det generelt, at kinetiske stødanordninger bruges til at afbøje det stødende legeme."

Kinetiske impactorer har mange fordele:For en, teknikken er velkendt og bliver testet på rigtige missioner, såsom DART-missionen, og er i stand til at håndtere en lang række mulige trusler, hvis du har tid nok. Imidlertid, de har nogle begrænsninger, så det er vigtigt, at hvis en egentlig nødsituation opstår, at der er flere muligheder for at håndtere en trussel, herunder nogle måder, der kan håndtere ret korte advarselstider.

Owen sagde, at dette papir er kritisk vigtigt for at forstå konsekvenserne og kravene til at forstyrre en farlig asteroide, der nærmer sig Jorden. Owen skrev softwaren, kaldet sfærisk, som blev brugt til at modellere den nukleare forstyrrelse af den oprindelige asteroide, følge den detaljerede fysik om at chokere og bryde den oprindelige stenede asteroide op og fange egenskaberne af de resulterende fragmenter. Derfra, holdet brugte Spheral til at følge gravitationsudviklingen af ​​fragmentskyen, redegør for virkningerne af fragmenterne på hinanden samt tyngdekraften fra solen og planeterne.

"Hvis vi opdagede en farlig genstand, der var bestemt til at ramme Jorden for sent til sikkert at aflede den, vores bedste tilbageværende mulighed ville være at bryde det op så grundigt, at de resulterende fragmenter stort set ville savne Jorden, " sagde han. "Dette er dog et kompliceret kredsløbsspørgsmål - hvis du deler en asteroide op i stykker, den resulterende sky af fragmenter vil hver forfølge deres egen vej rundt om solen, interagerer med hinanden og planeterne gravitationsmæssigt. Den sky vil have en tendens til at strække sig ud i en buet strøm af fragmenter rundt om den oprindelige sti, som asteroiden var på. Hvor hurtigt disse stykker spredes ud (kombineret med hvor lang tid, indtil skyen krydser Jordens vej) fortæller os, hvor mange der vil ramme Jorden."

Bruck Syal sagde, at arbejdet henvender sig til et hovedmål defineret i Det Hvide Hus OSTP's National Near-Earth Object (NEO) beredskabsstrategi og handlingsplan:At forbedre NEO-modellering, forudsigelse og informationsintegration.

"Vores gruppe fortsætter med at forfine vores modelleringsmetoder for nuklear afbøjning og forstyrrelse, herunder løbende forbedringer af røntgenenergidepositionsmodellering, som sætter de indledende afblæsnings- og chokbetingelser for et problem med nuklear afbrydelse, " sagde hun. "Dette seneste papir er et vigtigt skridt i at demonstrere, hvordan vores moderne multifysikværktøjer kan bruges til at simulere dette problem over flere relevante fysikregimer og tidsskalaer."